陳鵬

（大慶油田建設(shè)設(shè)計研究院，黑龍江大慶163712）

大慶油田地下水處理工藝

陳鵬

（大慶油田建設(shè)設(shè)計研究院，黑龍江大慶163712）

為了彌補(bǔ)偏遠(yuǎn)區(qū)塊采出水量少，無法滿足注水量的需求，進(jìn)行了大慶油田地下水用于回注處理工藝及技術(shù)的試驗(yàn)及研究。全面介紹了大慶油田地下水處理工藝及其處理效果，并在設(shè)計資料及現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了對比分析，總結(jié)出了分別達(dá)到低滲透地層及特低滲透地層要求的典型工藝：在16種地下水低滲透處理工藝中，錳砂過濾-雙層膨脹纖維精細(xì)過濾的處理效果最優(yōu)；在7種地下水特低滲透處理工藝中，聚氯乙烯合金化中空纖維膜的處理效果相對較好，特低滲透處理工藝均存在不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，有待于進(jìn)一步研究。

大慶油田；地下水；回注處理工藝；低滲透；特低滲透；膜過濾

大慶油田目前已建302座水處理站，按照其處理的水源可以分為3類：采出水處理站、地下水處理站和地面污水處理站。近些年，針對大慶油田采出水處理方面的研究報道較為豐富和全面［1－3］，但是針對地下水處理方面的報道僅局限于處理單元及特殊水質(zhì)的處理工藝方面，例如油田開發(fā)初期針對地下水除鐵工藝，朝陽溝油田采用磁分離技術(shù)處理地下水中鐵和懸浮固體等［4］，而對大慶油田地下水處理工藝、效果等全面的分析研究則少見報道。本文以設(shè)計資料及現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，全面介紹了大慶油田地下水處理工藝種類及其處理效果；并通過對比分析，總結(jié)出了達(dá)到不同水質(zhì)指標(biāo)的典型工藝，為油田地下水處理工藝的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計提供指導(dǎo)。

1 地下水水質(zhì)及注水水質(zhì)要求

大慶油田目前已建地下水處理站85座，集中分布于外圍采油廠，所屬區(qū)塊地處偏遠(yuǎn)，且采出水水量無法滿足注水量需求，需要以地下水作為補(bǔ)充水源。水源取自第三系、第四系和白堊系等深層地下水，主要含有Na＋和K＋，以及少量的Ca2＋、Mg2＋和Cl－，呈弱堿性狀態(tài)，水質(zhì)清澈，礦化度在896～1584mg／L之間，平均值為1133mg／L。

大慶外圍油田的地質(zhì)條件相對較差，屬于低滲透油層，部分區(qū)塊甚至屬于特低滲透。地下水經(jīng)處理后回注地下，執(zhí)行QSY DQ0605—2006《大慶油田油藏水驅(qū)注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》指標(biāo)要求。由于地層條件對回注水水質(zhì)的要求不同，因此需要采用相應(yīng)的處理工藝達(dá)到不同的注水水質(zhì)要求。

2 地下水低滲透處理工藝

2.1 處理工藝

大慶油田采用地下水低滲透處理工藝的處理站共計64座，設(shè)計出水達(dá)到QSY DQ0605—2006第4.2條低滲透層ρ（懸浮固體）≤3 mg／L，粒徑中值≤2 μm的回注水水質(zhì)指標(biāo)的要求，處理能力合計18.9×104m3／d。64座地下水低滲透處理主要采用三級過濾，處理工藝流程見圖1，地下水低滲透處理工藝詳細(xì)情況見表1。

圖1 地下水低滲透處理工藝流程Fig.1Process flow of underground water low permeable treatment

表1 地下水低滲透處理工藝Tab.1Underground water low permeable treatment processes

雖然大慶油田低滲透地下水處理工藝種類繁多，但是經(jīng)過多年來不斷實(shí)踐和探索，主要形成了4種常用處理工藝，分別是錳砂過濾-雙層膨脹纖維過濾、錳砂過濾-纖維球過濾、錳砂過濾-纖維束過濾和錳砂過濾-核桃殼過濾-纖維球過濾處理工藝，其建站數(shù)量合計占69%，處理能力合計占61%。

水中含有過量的鐵將導(dǎo)致懸浮固體含量升高，因此，地下水首先經(jīng)過錳砂過濾除鐵后，再依次經(jīng)過二級或者三級精細(xì)過濾，實(shí)現(xiàn)地下水中懸浮固體及粒徑中值的達(dá)標(biāo)處理。

2.2 除鐵效果

國內(nèi)地下水中鐵的質(zhì)量濃度一般多在5～15 mg／L之間，有的達(dá)到20～30 mg／L，超過30 mg／L的比較少。根據(jù)現(xiàn)場水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，大慶油田地下水鐵的質(zhì)量濃度在0.3～9.0 mg／L之間，平均質(zhì)量濃度為1.5 mg／L，僅九廠古龍油田和十廠朝陽溝油田部分區(qū)塊的地下水含鐵量稍高，地下水處理站除鐵工藝處理效果見表2。

由表2可知，大慶油田地下水除鐵工藝的處理效果較好，出水鐵的質(zhì)量濃度在0.1～0.5 mg／L之間，平均值為0.3 mg／L，達(dá)到了QSY DQ605—2006中有關(guān)含鐵量控制指標(biāo)（ρ（鐵）≤0.5 mg／L）的要求。

2.3 懸浮固體和粒徑中值處理效果

根據(jù)對常用地下水低滲透處理工藝水質(zhì)多次監(jiān)測結(jié)果，4種常用處理工藝對懸浮固體和粒徑中值的處理效果見表3。

表2 地下水處理站除鐵工藝處理效果Tab.2Iron removal effect of underground water treatment stations

表3 對懸浮固體和粒徑中值的處理效果Tab.3Removal effect on suspended solid and median particle diameter

由表3可知：①地下水原水的懸浮固體質(zhì)量濃度在1.6～11.1 mg／L之間，平均值為4.9 mg／L。經(jīng)一級錳砂和二級過濾處理后達(dá)到了出水懸浮固體質(zhì)量濃度不大于3 mg／L的控制指標(biāo)，整體去除率達(dá)到53%；其中雙層膨脹纖維過濾效果最好，纖維束過濾和纖維球過濾效果稍弱；八廠的個別處理站采用了三級過濾處理工藝，出水懸浮固體平均質(zhì)量濃度為1.4 mg／L，同樣達(dá)到低滲透層出水控制指標(biāo)。②來水粒徑中值在0.7～2.3 μm之間，平均值為1.6 μm。經(jīng)過處理后在0.7～1.8 μm之間，平均值為1.2 μm，達(dá)到低滲透層出水粒徑中值不大于2.0 μm的控制指標(biāo)。

綜上所述，常用4種地下水低滲透處理工藝均可以達(dá)到出水控制指標(biāo)，通過處理效果對比分析可知，錳砂過濾-雙層膨脹纖維過濾的處理流程簡單，且水質(zhì)處理效果最好，推薦其作為地下水低滲透的典型處理工藝。

3 地下水特低滲透處理工藝

3.1 處理工藝

將已經(jīng)處理滿足ρ（懸浮固體）≤3 mg／L，粒徑中值≤2 μm指標(biāo)的地下水再次進(jìn)行精細(xì)過濾，設(shè)計出水達(dá)到QSY DQ0605—2006標(biāo)準(zhǔn)第4.2條特低滲透層ρ（懸浮固體）≤1 mg／L，粒徑中值≤1 μm的回注水水質(zhì)指標(biāo)，處理能力合計3.3×104m3／d。大慶油田采用地下水特低滲透處理工藝見表4。

表4 地下水特低滲透處理工藝Tab.4Underground water extra-low permeable treatment processes

大部分特低滲透處理工藝采用了膜過濾的方式進(jìn)行精細(xì)處理，也有部分采用了纖維過濾和顆粒濾料過濾。由表4可知，較為常用的特低滲透處理工藝有4種：聚偏氟乙烯中空纖維膜過濾、磺化聚醚砜中空纖維膜過濾、聚四氟乙烯膜過濾和金屬膜過濾。

3.2 懸浮固體和粒徑中值處理效果

地下水特低滲透處理工藝水質(zhì)處理效果見表5。

表5 地下水特低滲透處理工藝水質(zhì)處理效果Tab.5Effect of underground water extra-low permeable treatment

由表5可知，特低滲透處理工藝上游來水的懸浮固體的質(zhì)量濃度在1.4～3.5 mg／L之間，平均值為2.5 mg／L，粒徑中值在0.7～3.8 μm之間，平均值為1.6 μm，基本符合要求，部分來水水質(zhì)略微超標(biāo)，主要因?yàn)楣苈份斔蛽交祀s質(zhì)。特低滲透處理工藝出水懸浮固體質(zhì)量濃度在0.2～2.2 mg／L之間，平均值為1.0 mg／L，粒徑中值在0.2～1.3 μm之間，平均為0.8 μm。不同的處理工藝出水水質(zhì)較為接近，大部分可以達(dá)標(biāo)，但懸浮固體濃度不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

3.3 特低滲透處理工藝綜合對比評價

為了更全面地對比分析各類特低滲透處理工藝，從不同工藝的原理、處理效果和優(yōu)缺點(diǎn)等方面進(jìn)行綜合對比評價。

3.3.1 聚偏氟乙烯中空纖維膜過濾

聚偏氟乙烯中空纖維膜是在其他水處理行業(yè)中最早應(yīng)用的超濾膜之一［5］，具有機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，屬于疏水性膜。隨著膜孔徑的不斷減小，膜對相對分子質(zhì)量低的物質(zhì)結(jié)合就越牢固。過濾精度為0.05～0.22 μm，屬于超濾膜。應(yīng)用于大慶油田九廠和十廠，出水懸浮固體平均質(zhì)量濃度為1.4 mg／L，粒徑中值平均為0.5 μm，懸浮固體無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。該工藝優(yōu)點(diǎn)是使用經(jīng)驗(yàn)豐富，缺點(diǎn)是水質(zhì)不穩(wěn)定。

3.3.2 聚四氟乙烯膜過濾

聚四氟乙烯膜是以聚四氟乙烯為原料，采用特殊工藝，經(jīng)壓延、擠出、雙向拉伸等方法制成的微孔性薄膜，屬于非對稱性膜，膜的正反面微孔尺寸有差異，較少被應(yīng)用到水處理行業(yè)，通常用于化工、醫(yī)學(xué)、服裝和電子領(lǐng)域［6］。過濾精度為0.1～10 μm，屬于微濾膜。應(yīng)用于大慶油田七廠和八廠，出水懸浮固體平均質(zhì)量濃度為0.6 mg／L，粒徑中值平均為0.6 μm，過濾效果較好，但懸浮固體和粒徑中值都無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。該工藝優(yōu)點(diǎn)是處理效果較好，缺點(diǎn)是使用經(jīng)驗(yàn)少，生產(chǎn)成本高，水質(zhì)不穩(wěn)定。

3.3.3 磺化聚醚砜中空纖維膜過濾

磺化聚醚砜中空纖維膜是在其他水處理行業(yè)較早出現(xiàn)的超濾膜之一，由聚醚砜經(jīng)磺化后制得，提高了親水性和抗污染能力，同時不降低機(jī)械性能［7］。過濾精度為0.01 μm，屬于超濾膜。應(yīng)用在大慶油田五廠，出水懸浮固體平均質(zhì)量濃度為0.9 mg／L，粒徑中值平均為1.1 μm，粒徑中值略微超標(biāo)。該工藝優(yōu)點(diǎn)是使用經(jīng)驗(yàn)豐富，缺點(diǎn)是水質(zhì)不穩(wěn)定。

3.3.4 聚氯乙烯合金化中空纖維膜過濾

聚氯乙烯合金化中空纖維膜近些年研究較多，是將聚氯乙烯通過“合金化”改性，開發(fā)出的超濾膜［8］。過濾精度為0.01 μm，屬于超濾膜。應(yīng)用在大慶榆樹林油田，出水懸浮固體平均質(zhì)量濃度為0.8 mg／L，粒徑中值為0.7 μm，兩者全部達(dá)標(biāo)。該工藝優(yōu)點(diǎn)是原材料成本低廉，能耗低，出水達(dá)標(biāo)，缺點(diǎn)是應(yīng)用較少。

3.3.5 金屬膜過濾

金屬膜由鈦、鎳、不銹鋼等金屬材質(zhì)制成，具有機(jī)械強(qiáng)度高、無相變操作的特點(diǎn)［9］。過濾精度為1.0 μm，屬于微濾膜。應(yīng)用于大慶油田九廠，出水懸浮固體平均質(zhì)量濃度為1.1 mg／L，粒徑中值平均為0.9 μm，懸浮固體和粒徑中值都無法穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。該工藝優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高，占用空間小，缺點(diǎn)是耗電量大，建設(shè)費(fèi)用高，水質(zhì)不穩(wěn)定。

3.3.6 金剛砂過濾

金剛砂屬于顆粒濾料，特點(diǎn)是顆粒細(xì)小、密度大、機(jī)械強(qiáng)度高，粒徑為0.1～0.2 mm，填裝厚度為1 150 mm，濾速不超過4.0 m／h，通過較低的過濾速度滿足出水效果［10］。應(yīng)用于大慶油田十廠，出水懸浮固體平均質(zhì)量濃度為0.9 mg／L，粒徑中值平均為1.3 μm，粒徑中值超標(biāo)。該工藝優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用和建設(shè)費(fèi)用均低，缺點(diǎn)是應(yīng)用少，粒徑中值超標(biāo)。3.3.7雙層膨脹纖維過濾

雙層膨脹纖維濾芯采用不銹鋼為里層集水管，外層為可松緊有彈性的化纖噴溶彈性絲，經(jīng)特殊牽引工藝?yán)p繞而成［11］。根據(jù)制造工藝不同過濾精度不同，普遍用于地下水低滲透處理站的過濾精度為2.0 μm，在特低滲透處理站的過濾精度為1.0 μm，屬于微濾膜。特低滲透處理工藝應(yīng)用于大慶榆樹林油田，出水懸浮固體平均質(zhì)量濃度為1.3 mg／L，粒徑中值平均為0.8 μm，懸浮固體超標(biāo)。該工藝優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用和建設(shè)費(fèi)用均低，缺點(diǎn)是過濾性能不穩(wěn)定，水質(zhì)周期短，自耗水量大，懸浮固體超標(biāo)。

綜上所述，盡管聚氯乙烯合金化中空纖維膜工藝在大慶油田應(yīng)用較少，但從處理效果、運(yùn)行費(fèi)用和建設(shè)成本等方面綜合評價，其具有顯著優(yōu)勢，是目前相對較好的地下水特低滲透處理工藝。

4 結(jié)論

（1）大慶油田地下水低滲透處理工藝普遍采用錳砂過濾-二級或者三級精細(xì)過濾，常用的4種處理工藝均可以達(dá)到ρ（懸浮固體）≤3 mg／L，粒徑中值≤2 μm的回注水水質(zhì)指標(biāo)要求。在16種工藝中，由于錳砂過濾-雙層膨脹纖維過濾處理流程簡單且水質(zhì)處理效果好，推薦其為大慶油田地下水低滲透典型處理工藝，指導(dǎo)油田地下水低滲透的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。

（2）大慶油田地下水特低滲透處理通常采用膜過濾工藝，7種處理工藝均不能穩(wěn)定達(dá)到ρ（懸浮固體）≤1 mg／L，粒徑中值≤1 μm的回注水水質(zhì)指標(biāo)要求。相對而言，聚氯乙烯合金化中空纖維膜工藝處理效果較好，運(yùn)行費(fèi)用和建設(shè)成本較低，是目前較優(yōu)的特低滲透處理工藝。

（3）建議對特低滲透處理工藝進(jìn)行量化對比研究，從膜通量、反洗消耗和周期、膜壽命、建設(shè)投資、運(yùn)行成本等進(jìn)行全面的對比分析，優(yōu)選出地下水特低滲透典型處理工藝。

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Underground water treatment process in Daqing oilfield

Chen Peng
（Daqing Oilfeild Construction Design and Research Institute,Daqing 163712,China）

Isolated areas usually get little produced water in Daqing oilfield,in order to meet the demande of wate injection,underground water was used as reinjection water with the related processes and techniques tested and studied at the same time.The underground water treatment process and its effect were comprehensively introduced;the comparative analysis was carried out based on the design data and the field test data;the typical processes that met the requirement of low permeable formation and extra-low permeable formation respectively were summarized.Among the 16 kinds of underground water low permeable treatment processes,the treatment effect of manganese sand filtration-double expansion fibler fine filtration was the best;for extra-low permeable treatment of underground water,PVC alloy hollow fiber UF membrane showed the relatively good performance among 7 kinds of processes,the effluent water quality treated by all kinds of extra-low permeable treatment processes can not reach the standard stably,that means thoses processes still needs further research.

Daqing oilfield;underground water;reinjection water treatment process;low permeability;extra-low permeability;membrane filtration

X703.1

A

1009－2455（2016）06－0006－06

陳鵬（1983－），男，黑龍江大慶人，工程師，碩士研究生，主要從事油田水處理研究及設(shè)計工作，（電話）0459-5903755（電子信箱）chenp_dod＠petrochina.com.cn。

2016-07-16（修回稿）